Think about all the things that need to happen for a human settlement to thrive: obtaining food, building shelter, raising children and more. There needs to be a way to divide resources, organize major efforts and distribute labor efficiently. Now imagine having to do this without any sort of planning or higher level communication. Welcome to the ant colony. Ants have some of the most complex social organization in the animal kingdom, living in structured colonies containing different types of members who perform specific roles. But although this may sound similar to some human societies, this organization doesn't arise from any higher level decisions, but is part of a biologically programmed cycle. In many species, all the winged males and winged virgin queens from all the nearby colonies in the population each leave from their different nests and meet at a central place to mate, using pheromones to guide each other to a breeding ground. After mating, the males die off, while females try to establish a new colony. The few that are successful settle down in a suitable spot, lose their wings, and begin laying eggs, selectively fertilizing some using stored sperm they've saved up from mating. Fertilized eggs grow into female workers who care for the queen and her eggs. They will then defend the colony and forage for food, while unfertilized eggs grow into males whose only job is to wait until they are ready to leave the nest and reproduce, beginning the cycle again. So how do worker ants decide what to do and when? Well, they don't really. Although they have no methods of intentional communication, individual ants do interact with one another through touch, sound and chemical signals. These stimuli accomplish many things from serving as an alarm to other ants if one is killed, to signaling when a queen is nearing the end of her reproductive life. But one of the most impressive collective capabilities of an ant colony is to thoroughly and efficiently explore large areas without any predetermined plan. Most species of ants have little or no sense of sight and can only smell things in their vicinity. Combined with their lack of high level coordination, this would seem to make them terrible explorers, but there is an amazingly simple way that ants maximize their searching efficiency; by changing their movement patterns based on individual interactions. When two ants meet, they sense each other by touching antennae. If there are many ants in a small area this will happen more often causing them to respond by moving in more convoluted, random paths in order to search more thoroughly. But in a larger area, with less ants, where such meetings happen less often, they can walk in straight lines to cover more ground. While exploring their environment in this way, an ant may come across any number of things, from threats or enemies, to alternate nesting sites. And some species have another capability known as recruitment. When one of these ants happens to find food, it will return with it, marking its path with a chemical scent. Other ants will then follow this pheromone trail, renewing it each time they manage to find food and return. Once the food in that spot is depleted, the ants stop marking their return. The scent dissipates and ants are no longer attracted to that path. These seemingly crude methods of search and retrieval are, in fact, so useful that they are applied in computer models to obtain optimal solutions from decentralized elements, working randomly and exchanging simple information. This has many theoretical and practical applications, from solving the famous traveling salesman problem, to scheduling computing tasks and optimizing Internet searches, to enabling groups of robots to search a minefield or a burning building collectively, without any central control. But you can observe these fascinatingly simple, yet effective, processes directly through some simple experiments, by allowing ants to enter empty spaces of various sizes and paying attention to their behavior. Ants may not be able to vote, hold meetings or even make any plans, but we humans may still be able to learn something from the way that such simple creatures are able to function so effectively in such complex ways.
Zamislite šta sve treba da se desi da jedno ljudsko naselje napreduje: obezbeđivanje hrane, izgradnja skloništa, podizanje dece i još mnogo toga. Mora da se nađe način za podelu resursa, da se organizuju glavni napori i efikasno raspodeli rad. Zamislite da sve ovo mora da se uradi bez ikakvog planiranja ili nekog višeg nivoa komunikacije. Dobrodošli u koloniju mrava. Mravi imaju jednu od najsloženijih društvenih organizacija u životinjskom svetu, živeći u uređenim kolonijama koje sadrže različite tipove članova, a koji imaju specifične uloge. Iako ovo liči na neke ljudske zajednice, ovo uređenje nije rezultat neke više odluke, nego je deo biološki programiranog ciklusa. Kod mnogih vrsta, svi krilati mužjaci i krilate ženke device iz svih obližnjih kolonija, napuštaju svoja gnezda i sreću se na centralnom mestu zbog parenja, koristeći feromone da navedu jedni druge na mesto oplodnje. Posle parenja mužjaci uginu, dok ženke nastoje da osnuju novu koloniju. Nekoliko uspešnih nasele se na odgovarajuće mesto, izgube svoja krila i počinju nositi jaja, selektivno vršeći oplodnju koristeći uskladištenu spermu od parenja. Oplođena jaja razvijaju se u ženke radilice koje brinu za kraljicu i njena jaja. One će braniti koloniju i tražiti hranu, dok se iz neoplođenih jaja razvijaju mužjaci čiji je zadatak da spremno čekaju odlazak iz gnezda i da se množe, čime ponovo započinju ciklus. Kako mravi radilice odlučuju kada treba da rade nešto, i šta treba da rade? Zapravo, ne odlučuju. Iako ne postoje metodi namerna komunikacija među njima, pojedinačni mravi ostvaruju međusobnu interakciju kroz dodir, zvuk i hemijske signale. Ovi stimulansi postižu mnoge stvari, od toga da služe kao alarm za druge mrave ako je jedan ubijen do toga da daju signal da se kraljici bliži kraj reproduktivnog života. Međutim, jedna od najimpresivnijih kolektivnih sposobnosti kolonije mrava je da detaljno i efikasno istraže ogromna područja bez ikakvog prethodno određenog plana. Većina vrsta mrava ima malo ili nimalo razvijeno čulo vida i može da namiriše samo stvari u svojoj blizini. U kombinaciji sa nedostatkom koordinacije na višem nivou, ovo može da ostavi utisak da su loši istraživači, ali postoji zaprepašćujuće jednostavan način na koji mravi koriste maksimum svoje istraživačke efikasnosti; kroz menjanje obrazaca kretanja zasnovanim na individualnoj interakciji. Kada se dva mrava sretnu, oni opaze jedan drugog kroz dodirivanje antena. Ako ima puno mrava na malom području, ovo će se dešavati češće, što će uzrokovati da reaguju na to kretanjem uvijenijim, nasumičnijim putevima da bi detaljnije istražili. Na širim područjima sa manje mrava, gde se takvi susreti događaju ređe, mogu da hodaju pravolinijski kako bi pokrili veće područje. Dok ovako istražuje svoju okolinu, mrav mođe da naiđe na različite stvari, od pretnji ili neprijatelja do drugih mesta za gnežđenje. Neke druge vrste imaju sposobnost poznatu kao regrutovanje. Kada se desi da jedan od mrava nađe hranu, vratiće se sa njom, obeležavajući put hemijskim mirisom. Drugi mravi će pratiti feromonski trag, obnavljajući ga svaki put kada uspeju da nađu hranu i vrate se. Kada se hrana na tom mestu istroši, mravi prestaju da obeležavaju svoj povratak. Miris se raštrkava i mrave više taj put ne privlači. Ove naizgled banalne metode potrage i vraćanja u stvari su toliko korisne da su primenjene na kompjuterske modele da bi se dobila optimalna rešenja iz decentralizovanih elemenata, kroz nasumični rad i razmenu jednostavnih informacija. Ovo ima mnoge teoretske i praktične primene, od rešavanja poznatih problema putujućih prodavaca, preko zakazivanja kompjuterskih zadataka i optimiziranja internet pretraga, do osposobljavanja grupa robota da traže minsko polje ili zgradu koja gori kolektivno, bez centralne kontrole. Možete da posmatrate ove fascinantno jednostavne, ali efikasne procese direktno kroz neke jednostavne eksperimente, tako što ćete pustiti mrave da uđu u prazne prostore različitih veličina i obratiti pažnju na njihovo ponašanje. Mravi možda neće moći da glasaju, održavaju sastanke ili prave planove, ali mi, ljudi, i dalje možemo da naučimo nešto iz načina na koji ta jednostavna stvorenja